연료전지용 양성자 전도성 유리의 연구

전문가 제언

○ 고온 작동용 연료전지는 높은 작동온도로 인한 신뢰성 저하, 높은 소재비용, 열 손실, 긴 시동시간 등의 문제가 있어 작동온도를 중-저온 영역(400-600℃)로 낮추고자 하는 노력 중 하나가 수소이온 전도체를 전해질로 사용한 양성자 세라믹 연료전지(PCFC, Protonic ceramic fuel cell)이다. 1980년대부터 연구된 수소이온 전도체는 기존의 산소이온 전도체보다 중-저온 영역에서 높은 전기전도도와 낮은 활성화 에너지를 갖고 양극에서 물이 형성되므로 연료희석이 방지되는 장점이 있다.

 

○ 미국 Dupont사가 상용화한 양성자 이온 전도막인 Nafion과 같은 불소계 수지는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 80%가 사용되고 있으나 고온에서 취약하고 미량의 CO에 의해서도 Pt촉매가 피독 되고 정교한 수분 및 온도 관리를 위한 시스템이 요구되는 단점이 있다. 이를 대체할 수 있는 PCFC연구가 국내외로 활발히 진행되고 있다.

 

○ 국내 대학의 재료공학과나 화학공학과 및 KIST등에서는 2000년대부터 활발히 연구발표가 진행되고 있다. 예를 들면 PCFC의 전해질로 CeP2O7, BaR0.5+xTa0.5-xO3-δ(R은 희토류금속원소), BaCeO3-BaZrO3고용체인 BaCe0.55Zr0.3Y0.15O3-δ 등이 발표되었다. 본고에서는 양성자 이동도가 매우 큰 인산염 유리에 흡수성 암모늄 황산염을 치환시켜 인산염 유리의 망목구조를 해중합 화 시켜 유리망목을 개방화시킴으로써 이온전도성이 향상되었고 기초유리인 35BaO:65P2O5의 전기전도도보다 3오더 정도의 증가를 가져왔다. 탄소와 염소결합의 끝에 SO3-이온이 붙어 있어 이것이 친수성이 있어 물을 끌어 당기는 Nafion에서와 같이 본고에서도 인산염유리에 (NH4)2SO4 첨가하여 PCFC의 전해질에 적당한 물이 함유되도록 구조적으로 안정된 유리 전해질을 만들었다.

 

○ 고체전해질 내부의 전하운반자를 양성자로 대체하면 발전효율 80% LHV를 초과하는 초고효율인 친환경성 스마트 에너지 사회실현을 위한 기간 에너지 기술로 기대된다. 앞으로는 양성자 전도성 산화물의 개발과 이것을 전해질로 사용한 다단 산화 SOFC연구 개발이 진행되어야 한다. 이런 기술은 CO2배출 감소에 크게 기여하며 초고효율 발전은 발생하는 폐열이 적다는 장점도 있어 국가적 연구가 지속되어야 한다

저자

S. R. Tiple, V. K. Deshpande

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

288()

잡지명

Journal of Power Sources

과학기술
표준분류

재료

페이지

229~233

분석자

김*호

분석물

• 연료전지용 양성자 전도성 유리의 연구.pdf [509,446 byte]

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